materiales compuestos nano y bio materiales 2do
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MATERIALES COMPUESTOS NANO Y BIO MATERIALES
1er. CUATRIMESTRE 2021CATEDRA GOYANES
GUIA 1: Polímeros. Definición y Generalidades
¿Qué tamaño tiene una molécula polimérica?
Cada enlace ocupa aprox 1.5 Å
n = 100 150 Å = 0,15 µmn = 1000 1500 Å = 1,5 µm
Pero ojo! En general las cadenas no
estan extendidas!
PESO MOLECULAR
El comportamiento de los polímeros representa una continuación del comportamiento de moléculas más pequeñas en el límite de peso molecular muy alto.
METANO ETANO PROPANO
Hidrocarburos Alcanos
PESO MOLECULAR
A medida que aumenta el peso molecular de la serie, aumenta la
viscosidad de los miembros
PROBLEMA 17
Los polímeros son obviamente diferentes de las moléculas pequeñas. ¿Cómo difiere el polietileno del aceite, grasa y cera, siendo todos estos materiales esencialmente a base CH2?
PESO MOLECULAR
PESO MOLECULAR
Grado de polimerización: número de monómeros por cadena
PESO MOLECULAR
PESO MOLECULAR
PESO MOLECULAR
PROBLEMA 18
¿Cuál es el grado de polimerización de cada uno de los siguientes polímeros con masa molar 100.000 g / mol? (a) poliacrilonitrilo (b) policaprolactona.
3 hidrógenos: 3 x 1 = 3
3 carbonos: 3 x 12 = 36
1 nitrógeno: 1 x 14 = 14
Mo = 3+36+14 = 53
Mo = 3+36+14 = 53
100.000 = Xn x 53
Xn = 1887
10 hidrógenos: 10 x 1 = 10
6 carbonos: 6 x 12 = 72
2 oxígenos: 2 x 16 = 32
Mo = 10+72+32 = 114
Mo = 10+72+16 = 114
100.000 = Xn x 114
Xn = 877
PESO MOLECULAR
Una muestra de polimero no suele tener solo un tamaño de moleculas (peso molecular)
DISTRIBUCIÓN EN PESOS MOLECULARES
PESO MOLECULAR
PESO MOLECULARPeso molecular promedio en número
Peso molecular promedio en peso
Mw > Mn
P = Mw/Mn
Indice de polidispersidad: proporciona una definición simple de la distribución del peso molecular
PROBLEMA 19
Determinar el peso molecular de la unidad monomérica del poliestireno. El peso molecular medio numérico del poliestireno es 500000 g/mol. Calcular el grado de polimerización medio numérico. Calcular el peso molecular medio numérico de un poliestireno cuyo grado de polimerización medio numérico es de 25000. Estime la longitud de una cadena promedio.
PROBLEMA 20
Calcular el peso molecular de la unidad monomérica del polipropileno. Calcular el peso molecular medio másico de un polipropileno cuyo grado de polimerización medio másico es 15000. El peso molecular medio numérico de un polipropileno es de 1000000 g/mol. Determinar el grado de polimerización medio numérico.
PROBLEMA 21
Una muestra consiste en una mezcla de tres variedades mono-dispersas del mismo polímero con masas molares 250.000, 300.000 y 350.000 g/mol en la relación 1:2:1 en número de cadenas.
Calcular Mn; Mw y Mw/Mn
Si ahora se añaden fracciones mono-dispersas de masas molares 200.000 y 400.000 g/mol de modo que las relaciones de los números de cadenas, en orden de aumento de M, se convierten en 0,5:1:2:1:0,5. Calcular las masas molares promedio en número y en peso del polímero resultante y por lo tanto mostrar que el índice de polidispersidad ha aumentado.
PESO MOLECULARDispersión es una medida de la heterogeneidad del tamaño de las moléculasMonodisperso: tiene moléculas del mismo tamañoPolidisperso: esta compuesto por moléculas de distinto peso molecurar. Hay una distribución
PESO MOLECULAR DE POLIMEROS
Son muy altos (entre 25.000 y 1.000.000 g/mol) o más
Varían mucho dependiendo de la tecnica de fabricacion y suelen ser muy polidispersos
La mayoría de los métodos para determinar el peso molecular y el tamaño de los polímeros dependen de la
disolución del polímero en un disolvente apropiado y de la medición de las propiedades requeridas en solución diluida.
PESO MOLECULAR Y ESTRUCTURA
Los polímeros lineales tienen unidades repetidas unidas entre sí en una longitud continua. En una polimerización lineal, la unidad repetitiva sólo se
relaciona con otras dos .
PESO MOLECULAR Y ESTRUCTURACuando ramas sobresalen de la cadena polimérica principal a
intervalos irregulares, el polímero se denomina polímero ramificado.
Las ramas pueden ser cortas, formar una estructura parecida a una comitiva o pueden ser largas y divergentes. Por lo
tanto, los polímeros ramificados son aquellos en los que las unidades repetitivas no están unidas únicamente de manera
lineal.
PESO MOLECULAR Y ESTRUCTURAUn polímero de red se puede describir como un polímero ramificado interconectado, donde todas las cadenas de
polímero están unidas para formar una molécula gigante y el peso molecular es "infinito" en el sentido de que es
demasiado alto para ser medido por técnicas estándar. Estos no pueden disolverse y no pueden fundirse por calor; el calentamiento fuerte sólo provoca la descomposición.
PROBLEMA 22Para una muestra de polımero croslinkeado en forma de una esfera de 1 cm de diámetro con una densidad de 1,0 g/cm3,
estime el peso molecular suponiendo que la muestra constituye una sola molécula. (Número de Avogadro = 6,02 x 1023 moléculas /
mol).
OJO!! Es conceptual. No se puede medir. Lo que importa es el peso molecular entre crosplinks. Se estima de las propiedades mecanicas
METODOS PARA DETERMINAR EL PESO MOLECULAR
MÉTODOS ABSOLUTOS
MÉTODOS SECUNDARIOS
dan valores que proporcionan una estimación directa del
peso molecular
producen comparaciones entre los pesos moleculares de
diferentes polímeros y deben ser calibrados con un peso
molecular de referencia que ha sido estudiado por uno de los
métodos absolutos
METODOS ABSOLUTOS
• BASADOS EN PROPIEDADES COLIGATIVAS: propiedades proporcionales al número de moléculas de soluto disueltasque no dependen de la naturaleza del mismo, y están relacionadas con las fuerzas de interacción o cohesión entre moléculas dependiendo de la cantidad de soluto presente.
presión osmótica
elevación del punto de ebullición
depresión del punto de congelación
METODOS ABSOLUTOS
• BASADOS EN LA DISPERSION DE LA LUZ: usa la teoria de Rayleigh para relacionar las intensidades incidente y dispersada de luz por una muestra de polímero diluido con su peso molecular.
METODOS ABSOLUTOS
Dan lugar a pesos moleculares absolutos, es decir, el peso molecular se puede calcular directamente a
partir de los primeros principios basados en la teoría.
Frecuentemente estos métodos son lentos y a veces costosos. Para manejar un gran número de muestras, especialmente sobre una base rutinaria, se requieren
métodos rápidos y económicos.
METODOS SECUNDARIOS• VISCOSIDAD INTRINSECA: Se llevan a cabo en solución diluida
y dan como resultado el peso molecular medio viscoso.
METODOS SECUNDARIOSSolución diluida que fluye por
un tubo capilar. La velocidad de flujo es diferente dependiendo de la distancia desde el borde
del capilar. La molécula de polímero "ve" una velocidad de
cizallamiento diferente en diferentes partes de su cadena, dando lugar a un aumento de la resistencia de fricción y de las fuerzas de rotación sobre la molécula, produciendo el
mecanismo de incremento de la viscosidad.
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
Viscosidad de la solución sobre viscosidad del solvente
Donde c es la concentración del polímero en la solución
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS• CROMATOGRAFIA DE
PERMEACION DE GEL (GPC):
METODOS SECUNDARIOS• CROMATOGRAFIA DE
PERMEACION DE GEL (GPC):utiliza el principio de exclusión de tamaño. El tamaño de la molécula, definido por su radio hidrodinámico, puede entrar o no en poros pequeños de la fase estacionaria. Las moléculas más pequeñas difunden dentro y fuera de los poros a través del movimiento browniano y se retrasan. Las moléculas más grandes pasan y continúan en la fase móvil.
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
Polímeros de mayor tamaño saldrán mas rápido que aquellos mas pequeños.
La separación no se basa en interacciones físicas ni químicas.
CALIBRAR:
TIEMPO DE ELUSION VS
MASA MOLAR
METODOS SECUNDARIOS
Constantemente bombea solvente (fase móvil) a través del sistema
Se inyecta la muestra
Se efectúa la separación
Detecta las muestras a medida que salen de la columna
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
Pueden combinarse distintos sensores.
Cuanto mas tengamos, mayor información obtendremos
METODOS SECUNDARIOS
LA LUZ VIAJA DE MANERA DIFERENTE EN DISTINTOS MEDIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
METODOS SECUNDARIOS
Como se determina el peso molecular?
CALIBRACION GENERAL: Sistemas con detectores IR o UV usan una calibración general usando standards con pesos moleculares conocidos. La calibración relaciona tiempo de retención con peso molecular.
.
METODOS SECUNDARIOS
DESVENTAJA: La información es relativa a un standard de calibración
METODOS SECUNDARIOS
PROBLEMA 23
"¡Pero yo sé que es un copolímero de bloque, formado por PolyA y polyB !", Exclamó su técnico. Usted no está tan seguro. La síntesis podría haber tomado otra ruta, terminando en una mezcla de los dos Polímeros. Se sabe que el peso molecular inicial de poliA es de 100.000 g / mol y se estima que el polyB es de alrededor de 15.000 g / mol. Desarrolle un experimento GPC para su técnico, que distinguirá (a) el copolímero de bloques al 100% de (b) un bloque al 50% y una mezcla al 50%, de (c) una mezcla simple. Ilustre los probables cromatogramas GPC resultantes.
OJO SOLVENTES
PROBLEMA 24
Explique las ventajas que presentan los metodos absolutos y los metodos secundarios.
Si tiene que realizar control de calidad en una planta y necesita realizar mediciones de 5 muestras todos los dias, ¿que tipo de metodología elegiría?